สัปดาห์ที่ 14 ผลตอบสนองต่อความถี่ Frequency Response (Part II)

งานนำเสนอเรื่อง: "สัปดาห์ที่ 14 ผลตอบสนองต่อความถี่ Frequency Response (Part II)"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 สัปดาห์ที่ 14 ผลตอบสนองต่อความถี่ Frequency Response (Part II)

2 จุดประสงค์การเรียนรู้
สามารถวาดกราฟแผนภาพโบดที่ประกอบด้วยขนาดและมุมเฟสได้ สามารถประมาณค่ากราฟของผลตอบสนองต่อความถี่โดยใช้แผนภาพโบดได้ สามารถออกแบบวงจรกรองความถี่อย่างง่ายได้

3 เนื้อหา แผนภาพโบด วงจรกรองความถี่ วงจรกรองความถี่แบบพาสซีฟ วงจรกรองความถี่แบบแอคทีฟ บทสรุป

4 แผนภาพโบด (Bode Diagram)
เป็นการวาดกราฟอัตราขยายหรือขนาดหน่วยเป็นเดซิเบล (dB) ขนาดที่เป็นสเกลล็อกเป็นล็อกฐาน 10 มุมเฟสหน่วยเป็นองศา เป็นแกนตั้งในสเกลแบบเชิงเส้นเทียบกับความถี่สเกลล็อกที่เป็นแกนนอน ฟังก์ชันโครงข่าย และ จงหาฟังก์ชันโครงข่ายกำหนดให้วงจรอันดับหนึ่ง แทนค่า ฟังก์ชันโครงข่าย ขนาด มุมเฟส เมื่อ คือค่าคงตัวเวลาของวงจร โดยที่

5 โดยที่ ขนาดหรืออัตราการขยายที่มีหน่วยเป็นเดซิเบลคือ ความถี่ต่ำ ค่าประมาณของขนาดหน่วยเดซิเบล ความถี่สูง ที่ความถี่ เรียกว่าความถี่หักมุม(corner frequency) หรือความถี่ตัด (cut off frequency) หรือความถี่กลางขนาดจะลดลงเป็น เท่าของขนาด

6

7 กราฟแผนภาพโบด กราฟขนาดจริง กราฟแบบประมาณโดยใช้เส้นกำกับ เส้นกำกับความถี่ต่ำ เส้นกำกับที่ความถี่สูง ความชัน (Slope) คือ dB/decade หนึ่งดีเคด

8 ตัวอย่างที่ 7 จงวาดแผนภาพโบดของฟังก์ชันถ่ายโอน
ที่ประกอบด้วยขนาดและมุมเฟส วิธีทำ อิมพิแดนซ์ แบ่งแรงดัน

9 เมื่อ ขนาดที่มีหน่วยเป็น dB มุมเฟสที่มีหน่วยเป็นองศา กราฟแผนภาพโบด

10 วงจรกรองความถี่ วงจรที่ยอมให้สัญญาณผ่านไปได้หรือไม่ยอมให้สัญญาณผ่านที่ช่วงความถี่ที่กำหนดไว้ ใช้กรองสัญญาณรบกวนหรือกรองสัญญาณข่าวสารออกจากคลื่นพาห์ในระบบสื่อสาร วงจรกรองความถี่แบบพาสซีฟ ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ วงจรกรองความถี่แบบแอคทีฟ ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ออปแอมป์ ทรานซิสเตอร์

11 ข้อดีของวงจรกรองแบบแอคทีฟ
ราคาถูก การแยกระหว่างอินพุทและเอาท์พุท อินพุทอิมพิแดนซ์สูงและเอาท์พุทอิมพิแดนซ์ต่ำ อัตราการขยายสามารถปรับค่าได้ตามความต้องการที่ออกแบบไว้ ข้อจำกัดของวงจรแบบแอคทีฟ ต้องมีแหล่งจ่ายไฟเลี้ยง ข้อจำกัดของสัญญาณ เอาท์พุทของออปแอมป์อาจจะไม่เป็นเชิงเส้นเนื่องจากการอิ่มตัวของออปแอมป์ ข้อจำกัดของความถี่ ออปแอมป์ไม่สามารถให้ผลตอบสนองที่ความถี่สูงๆได้

12 การตอบสนองของวงจรกรองความถี่
วงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน(Low Pass Filter : LPF) ยอมให้ความถี่ต่ำผ่านและลดทอนความถี่สูงทิ้งไป วงจรกรองความถี่สูงผ่าน(High Pass Filter : HPF) ยอมให้ความถี่สูงผ่านและกั้นความถี่ต่ำทิ้งไป วงจรกรองแถบความถี่ผ่าน(Band Pass Filter : BPF) ยอมให้ความถี่ที่ต้องการผ่านไปได้และลดทอนทั้งความถี่ต่ำและความถี่สูงทิ้งไป วงจรตัดแถบความถี่(Band Rejection Filter, Notch Filter, Band stop filter) ยอมให้เฉพาะที่ความถี่ที่ต้องการ ส่วนความถี่อื่นทั้งหมดทิ้งไป

13 ตารางความสัมพันธ์ของวงจรกรองความถี่ชนิดต่างๆ
ทางทฤษฎี ในทางปฏิบัติ

14 วงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน
แถบความถี่ตัด (stop-band) คือความถี่อินพุทมีค่าน้อยกว่าความถี่ตัด แถบความถี่ผ่าน (pass-band) คือความถี่อินพุทมีค่ามากกว่าความถี่ตัด ผลตอบสนองความถี่ของวงจรกรองความถี่สูงผ่าน จะมีลักษณะตรงข้ามกับวงจรความถี่ต่ำผ่าน ผลตอบสนองวงจรกรองแถบความถี่ผ่าน วงจรให้ความถี่เฉพาะแถบหรือช่วงความถี่ที่ต้องการเท่านั้น ผลตอบสนองวงจรกรองตัดแถบความถี่ จะมีลักษณะการทำงานที่ตรงข้ามกับวงจรกรองแถบความถี่ผ่าน

15 วงจรกรองความถี่แบบพาสซีฟ
วงจรกรองความถี่ต่ำผ่านอันดับหนึ่ง ฟังก์ชันโครงข่าย ใช้การแบ่งแรงดัน ฟังก์ชันโครงข่าย

16 แทนค่า เมื่อ เรียกว่าค่าคงตัวเวลา (Time constant) ขนาด มุมเฟส ค่าความถี่ตัด แรงดันเอาท์พุทที่ความถี่ตัด

17 ตัวอย่างที่ 7 วงจรกรองความถี่ต่ำผ่านจงหาค่าความถี่ตัดและแรงดันเอาท์พุทที่ความถี่ตัด และวาดกราฟความสัมพันธ์ของขนาดและมุมเฟสเทียบกับความถี่ กำหนดให้ วิธีทำ หาค่าความถี่ตัด หาแรงดันเอาท์พุทที่ความถี่ตัด กราฟความสัมพันธ์ของขนาดและมุมเฟสของวงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน

18 วงจรกรองความถี่แบบแอคทีฟ
วงจรกรองความถี่ต่ำผ่านอันดับที่ 1 ออปแอมป์ทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์ ความถี่ตัด ฟังก์ชันโครงข่าย

19 ตัวอย่างที่ 7 จงออกแบบวงจรกรองความถี่ต่ำผ่านแบบแอคทีฟ กำหนดให้
และอัตราการขยายของแรงดัน 40 dB วิธีทำ ความถี่ที่ต้องการมีค่าน้อยกว่า วงจรจะมีอัตราการขยายแรงดันเป็น 40 dB หรือ 100 V/V แรงดันโหนด ที่ขาบวกของออปแอมป์โดยใช้การแบ่งแรงดัน

20 KCL ที่โหนด ที่ขาลบของออปแอมป์
คุณสมบัติของออปแอมป์ เลือก

21 วงจรกรองความถี่สูงผ่านลำดับที่ 1
ฟังก์ชันถ่ายโอน มุมเฟส ขนาดของฟังก์ชันถ่ายโอน ความถี่ตัด

22 ตัวอย่างที่ 8 วงจรกรองความถี่สูงผ่านลำดับที่ 1 จงหาค่าความถี่ตัดและแรงดันเอาท์พุทที่ความถี่ตัด และวาดกราฟความสัมพันธ์ของขนาดและมุมเฟสเทียบกับความถี่ เมื่อ วิธีทำ ความถี่ตัด แรงดันเอาท์พุท กราฟความสัมพันธ์ของขนาดและมุมเฟสเทียบกับความถี่

23 วงจรกรองผ่านทุกความถี่ (All-pass filter)
วงจรกรองผ่านทุกความถี่เป็นวงจรกรองชนิดพิเศษที่มีขนาดเป็นหนึ่งทุกๆความถี่ ความถี่ มุมเฟส โดเมนเวลา โดเมนความถี่

24 ฟังก์ชันถ่ายโอน คุณสมบัติของออปแอมป์ทางอุดมคติ = ใช้การแบ่งแรงดันที่โหนด KCL ที่โหนด

25 ขนาด มุมเฟส กำหนดให้ กราฟความสัมพันธ์ของมุมเฟสเทียบกับความถี่ของฟังก์ชันถ่ายโอน

26 บทสรุปสัปดาห์ที่ 14 การตอบสนองต่อความถี่ ฟังก์ชันโครงข่ายอธิบายถึงความสัมพันธ์ของเอาท์พุทต่ออินพุท ในโดเมนความถี่ การใช้แผนภาพโบดวาดกราฟขนาดในหน่วยเดซิเบล และมุมเฟสในหน่วยองศาเทียบกับความถี่สเกลล็อก การประมาณค่าของขนาดเพื่อความง่ายในการวาดกราฟ โดยใช้ค่าความถี่ตัดในการแยกความถี่ต่ำและความถี่สูง วงจรกรองความถี่เป็นวงจรที่ทำหน้ากรองความถี่ที่ต้องการ